什麼是恒星？

恒星的定義和它本身一樣豐富多彩

（圖解：我們的太陽是一顆中等質量的主序星，這張圖片由NASA太陽動态觀測站拍攝于2020年5月。）（圖源：NASA/太陽動态觀測站/Joy Ng）

要回答恒星是什麼并不是一件難事，它不過就是那些在夜空中閃爍的亮點中的一員。但是在那之上，恒星的準确定義其實和恒星本身一樣豐富多彩。

恒星的本質——恒星名稱和星際演化的基礎。

恒星的誕生

首先，恒星在天體物理學中的一個準确定義是：一個質量足夠大，能夠借助内部引力激發内部元素聚變反應的天體。

目前為止我們所知道的能完成這個任務的最小星體的質量隻有太陽的百分之十左右。在遙遠的未來，越來越多的重元素将會加入核反應過程并污染星際航道，小質量星體中的核聚變也将成為可能，不過這并不是現在的我們需要擔心的事情。

體積最小的一類恒星被稱為紅矮星，因為它們體積很小且散發着微弱的紅光。紅矮星的内部隻有微弱的氫核反應，而且它們發出的電磁輻射主要分布在電磁光譜的紅外波段，因此呈現出一種暗紅色。它們體積小、光線黯淡，哪怕是離我們最近的恒星——半人馬座比鄰星，都完全無法用肉眼看到，盡管如此，紅矮星仍然是迄今為止銀河系中最常見的一類恒星。

還有一類恒星是類太陽恒星，它們有着中等質量、中等亮度和中等壽命。這類恒星發出的電磁輻射覆蓋了整個可見光譜，使得它們看起來漂亮潔白（沒錯，我們的太陽本身也是白色的，但經過地球藍色大氣的過濾，太陽的光線看起來就比較偏黃）。

再之後是巨星，這類恒星的體積有多大，它們在宇宙中就有多麼罕見，但是由于它們極為明亮，所以很容易被發現。例如，我們之所以能看到星系的懸臂，并不是因為懸臂中星體的數量比其他位置多，而是因為那些懸臂就像聖誕樹一樣，被懸挂在其中的明亮的恒星照亮。

你在夜空中看到的幾乎每一顆恒星都遠大于太陽，在它們生命中的大部分時間裡，最大的恒星會發出藍光。這是因為它們産生的能量過于巨大，以至于它們發出的幅射實際上基本集中在紫外波段，還有一小部分幅射散落在可見光尾部的藍光波段。

主星序

除了暗紅的小型恒星，白色的中等大小恒星和發着藍光的巨星之外，當然還有一些大小處于中間的恒星和一些體積大卻呈現紅色的奇異恒星。在一百多年以前，天文學家首次對恒星進行分類，那絕對可以說是一個非常混亂的局面，因為顯然那時的人們在區分恒星顔色、大小與亮度的方面還沒有形成公認的标準。

赫茨普魯閣-羅素圖（Hertzsprung-Russell Diagram）的發明解決了這一問題，直到今天它也依然是我們理解恒星生存原理的基礎。赫羅圖是一種表示恒星的溫度（可以從恒星的顔色得到）和亮度的圖。

如果你發現一群恒星并繪制出它們的溫度和亮度圖，在圖上以每個點表示一顆恒星，你就會發現一個令人驚訝的結果——恒星并不具有所有顔色和亮度的組合。與之相對，你會得到一個沿對角線方向延伸的條紋，絕大多數的恒星都會出現在這個條紋上，它從暗紅色的一端延伸到明亮的藍光的一端。

這個條紋被稱為“主星序”，那些内部不斷發生着熱核反應（恒星生命中大多時候的主要燃料來源）的恒星就處于這個條紋上的某個位置。随着恒星年齡的增長，它們将沿着主星序緩慢上移，在億萬年的時間流逝中，逐漸變得越來越亮、越來越藍。

依靠恒星内部的聚變反應，它們能在主星序的軌迹上生存時間的長短，取決于恒星質量的大小。一顆小質量的紅矮星可以在主星序上存在數萬億年，而一顆比太陽更大的巨星最多隻能再維持幾百萬年。

一旦恒星内部的氫核聚變反應結束，它就會脫離主星序并向不同方向演化。大型恒星會變成紅巨星，在赫茨普魯閣-羅素圖上占據自己的位置。其它恒星的狀态則會更加的反複無常，重元素試圖在它們内部發生聚變反應，于是這些恒星會在藍色和紅色之間不停地交替變化。

顔色編碼

借助赫羅圖，我們得到了恒星的最終定義：恒星是赫羅圖中位于主星序上的天體。它不斷燃燒氫氣，沿着連接其亮度和溫度的窄帶穩定地進行演化。而在這個區域之外，則要麼是嘗試通過重元素聚變保持燃燒的巨星，要麼是像白矮星或中子星一樣死亡和衰變的天體殘骸。

赫羅圖是天體測量學的無名英雄，有了它，天文學家就能發現恒星，測量它的亮度和溫度，并且準确得到它在生命周期中的位置，這使得預測恒星未來的演變成為可能。自然界很少向我們提供如此直接的見解，而恒星就是宇宙中真正的特例。

宇宙中絕大多數物質都是由纖細的星雲組成的。恒星是一類特殊的、獨特的品種——一種以聚變反應為能量來源的暫時物體。這種本質使得恒星更易于理解和預測。

BY:Paul Sutter

FY:趙若彤

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